IMPIANTO RISCALDAMENTO E RAFFREDDAMENTO
1. ANALISI DELL'EDIFICIO AI FINI DELLE SCELTE IMPIANTISTICHE
La scelta della soluzione impiantistica da proporre per garantire il raggiungimento di condizioni termico igrometriche di benessere all'interno di un'edificio, si basa sull'analisi preliminare di una serie di caratteristiche dell'edificio stesso; le principali sono:
- localizzazione (latitudine, altitudine s.l.m.)
- orientamento, forma, altezza e vicinanza di altri edifici - destinazione/i d'uso.
L'edificio nel quale é previsto di realizzare l'impianto é situato in pianura in una località a 44° 58' di latitudine nord e 11° 1' di longitudine est ed é caratterizzato da una forma ad ottagono.
La costruzione si sviluppa su un solo piano fuori terra.
L'involucro edilizio é realizzato in struttura lignea con con pareti in muratura e copertura a falde.
I serramenti di nuova realizzazione saranno di tipo in legno con vetro-camera.
Il dettaglio delle caratteristiche termofisiche delle principali strutture edilizie impiegate per la realizzazione dell'edificio é riportato negli allegati; i valori di trasmittanza unitaria ivi risultanti sono stati utilizzati nelle successive elaborazioni.
2. - PARAMETRI DI PROGETTO Condizioni termico igrometriche esterne
Vengono assunte a base di calcolo le condizioni tipiche di Mantova (in particolare riferite alla stagione invernale), esse prevedono:
- Inverno : t = -5 °C u.r. = 90%
Condizioni termico-igrometriche interne
Nella situazione invernale, in presenza di persone con un vestiario pesante (1,5 Clo), la temperatura interna viene fissata in 20°C, secondo quanto imposto dalla legge.
Tassi di infiltrazione
E' prevista esclusivamente l'infiltrazione naturale di aria dall'esterno pari a 1,0 Vol/h.
Presenza di persone
Nei singoli locali é prevista la presenza di persone come da numero previsti dei posti a sedere (circa 100 persone contemporaneamente presenti)
Carichi di illuminazione e per apparati elettrici
Per l'illuminazione negli uffici e con una dotazione media di apparecchiature elettriche, é ipotizzato un carico elettrico medio distribuito di 15 W/m²;
Livello di rumorosità
All'interno degli ambienti considerati il livello Lp di pressione sonora, non dovrà superare il va- lore di 38-43 dB(A)
3. CALCOLO DELLE DISPERSIONI INVERNALI : ANALISI DEI RISULTATI Carichi termici invernali
Il calcolo dei carichi termici invernali é stato effettuato con il programma EDILCLIMA, basato sulla norma UNI EN 12831 per il calcolo delle dispersioni termiche con le verifiche previste dalla legge 10/91 (DPR 412/94 e successivi decreti di attuazione) per quanto riguarda i coefficienti volumici di dispersione dell'intero edificio.
I risultati riepilogativi dei calcoli sono raccolti nei tabulati allegati.
4. - SELEZIONE DEI TERMINALI DI IMPIANTO
Come detto in precedenza, l'edificio ha destinazione d'uso varie; in tutti i locali, saranno installati ventilconvettori, alimentati da un impianto a due tubi. La regolazione della temperatura é prevista con termostato ambiente agente sul ventilatore del ventilconvettore.
Per la selezione dei modelli di ventilconvettore da prevedere vanno tenute in considerazione esigenze ed aspetti a volte tra loro contrastanti che comunque hanno sempre ripercussioni sul ri- sultato tecnico ed economico dell'impianto.
I più importanti parametri di scelta del ventilconvettore sono:
a) - la potenzialità resa alle condizioni di progetto;
b) - la temperatura dell'acqua di alimentazione;
c) - la portata d'acqua di alimentazione;
d) - la velocità di funzionamento del ventilatore;
e) - la rumorosità;
f) - le modalità di installazione.
Tutti questi parametri sono fra loro più o meno strettamente collegati ed é opportuno analizzarli singolarmente.
a) - Potenzialità
Il valore di potenzialità cui fare riferimento per la scelta degli apparecchi é quello corrispondente alla massima dispersione prevista per il locale considerato. Se da un lato questo valore massimo si può considerare di norma sufficientemente cautelativo dal punto di vista della probabilità del verificarsi delle situazioni di carico termico di progetto, é opportuno comunque mantenere un certo margine di sicurezza per tenere nel dovuto conto la perdita di efficienza che il ventilconvettore subisce nel tempo, a causa principalmente dello sporcamento della batteria di scambio termico e delle pale del ventilatore.
b) - Temperatura del fluido termovettore
Detto fluido é normalmente acqua, calda, anche se possono essere presenti situazioni, in cui il ventilconvettore viene alimentato con miscela acqua-glicole.
La temperatura di ingresso del fluido, che d'ora in poi identificheremo con l'acqua, é uno dei fattori determinanti per definire la potenza termica resa dal ventilconvettore.
Dall'analisi delle tabelle di selezione si può in sintesi rilevare che un aumento della temperatura dell'acqua calda incrementa la potenzialità termica resa dal ventilconvettore nel funzionamento invernale.
c) - Portata di acqua di alimentazione
Questo parametro determina, a parità di temperatura del fluido entrante, la temperatura media della batteria e quindi incrementi della portata sono sempre favorevoli all'aumento della potenza resa, fatti salvi i limiti di perdita di carico della batteria.
E' evidente infatti che l'incremento di portata ha una ripercussione immediata sul dimensionamento della rete delle tubazioni e su quello delle pompe di circolazione dell'impianto ed in definitiva sul costo finale dello stesso.
In senso opposto invece diminuzioni della portata d'acqua possono essere vantaggiose ai fini della riduzione dei costi di impianto fin tanto che non comportino diminuzioni tali di resa da costringere alla scelta di modelli di ventilconvettori di taglia superiore. Ovviamente queste situazioni vanno valutate caso per caso.
d) - Velocità di funzionamento del ventilatore
Questo parametro ha una influenza apprezzabile sull'entità della potenza termica resa e, nel funzionamento in fase di raffreddamento, anche sulla ripartizione della potenza termica resa fra le componenti sensibile e latente scambiate dall'apparecchio .
Nel passaggio dalla velocità massima alla minima la resa termica si riduce indicativamente del 35%.
Molto rilevante é l'influenza di questo parametro sulla rumorosità di funzionamento del ventilconvettore, con variazioni di livello di potenza sonora, nel passaggio dalla minima alla massima velocità, di 12 - 17 dB(A) a seconda dei vari marchi e/o modelli.
e) - Rumorosità
Il livello di rumorosità di funzionamento del ventilconvettore deve essere compatibile con la destinazione d'uso dell'ambiente in cui esso va installato; si devono pertanto tenere presenti le in- dicazioni riportate in Tab. 1 avendo cura di selezionare la velocità di rotazione nominale del ventilconvettore in funzione del risultato da ottenere, determinando così la portata d'aria dell'apparecchio e di conseguenza anche la sua resa.
Tab. 1 - Livelli di rumorosità ambientale accettabili per differenti locali
DESTINAZIONE DEL LOCALE LIVELLI ACCETTABILI DI RUMORE
RC-N NC NR dB(A)
Studi radiofonici, televisivi e di registrazione 20 25
Sale da concerto; Teatri d'opera 20 - 25 25 - 30
Cinematografi; Sale per conferenze 25 - 30 30 - 35
Residenze: camere da letto 25 - 30 30 - 35
Soggiorni 30 - 35 35 - 40
Uffici: ad occupazione singola 25 - 35 30 - 40
a pianta aperta 35 - 40 40 - 45
Aule scolastiche 25 - 35 30 - 40
Biblioteche (sale di lettura) 30 - 35 35 - 40
Ospedali: camere di degenza 25 - 30 30 - 35
laboratori 30 - 35 35 - 40
Centri meccanografici 40 - 45 45 - 50
Piscine; Palestre 35 - 45 40 - 50
Grandi magazzini 35 - 45 40 - 50
RC-N = Ashrae NC = europeo NR = americano
f) - Modalità di installazione dei ventilconvettori
Le diverse possibili modalità di installazione dei ventilconvettori possono avere influenza sulle prestazioni finali dell'impianto oltre che su altre scelte impiantistiche, quali ad esempio quella relativa al tipo di regolazione.
Il ventilconvettore può infatti essere installato verticalmente a parete (in vista o mascherato in versione da incasso) oppure orizzontalmente a soffitto (in vista o in versione da incasso).
Con la prima modalità di installazione possono essere utilizzate indifferentemente, sia regolazioni di tipo termostatico ON/OFF (termostato agente sull'attacco e stacco del ventilatore), sia regolazioni con valvola servocomandata, ON/OFF o modulante, agente sulla portata di acqua entrante nella batteria del ventilconvettore.
La seconda modalità di installazione é tipica di edifici ristrutturati, con zone centrali utilizzate per l'installazione in controsoffitto dei nuovi impianti e quindi con mandata e ripresa dell'aria effettuate a soffitto; in questo caso é comunque preferibile adottare la regolazione con valvola, ON/OFF o modulante, che assicura costantemente il flusso d'aria in ambiente, particolarmente importante nel funzionamento invernale per evitare fenomeni di stratificazione.
La procedura di selezione dei singoli modelli destinati ai vari ambienti non segue quasi mai un andamento univoco ma procede con successivi aggiustamenti e talvolta modifiche delle ipotesi, in modo tale da conseguire la congruenza del risultato rispetto alle esigenze, mantenendo tuttavia uniformità di condizioni di alimentazione per i singoli ventilconvettori.
Viene fissato il funzionamento dei ventilconvettori alla velocità media, condizione questa mediamente accettabile per quanto concerne i limiti imposti dalla rumorosità degli apparecchi.
Il dimensionamento alla media velocità é consigliabile in quanto, in situazioni di carico interno o esterno maggiore di quello di progetto, consente di avere a disposizione localmente una riserva di potenza termica, che può essere utile in fase di messa a regime della temperatura ambiente.
Occorre in questi casi effettuare anche una verifica del numero di ricircoli orari di aria determinati in ambiente dal funzionamento del/i ventilconvettore/i.
Per assicurare un sufficiente grado di uniformità della temperatura dell'ambiente ed una risposta rapida, da parte del ventilconvettore é necessario garantire un numero di ricircoli mai inferiore a 6 vol/h.
Oltre questa precauzione é opportuno posizionare i ventilconvettori simmetricamente nei locali o comunque in posizioni favorevoli a contrastare i carichi termici, compatibilmente con quanto consentito dai vincoli architettonici e di arredamento.
L'ultimo parametro che rimane da fissare per procedere alla selezione del modello di ventilconvettore da installare é la portata dell'acqua di alimentazione.
Partendo dall'assunto che detta portata deve risultare la minore possibile compatibilmente con la potenza richiesta, un criterio di dimensionamento può essere quello di fissare portate tali da dare luogo ad un salto termico massimo fisso ed uguale per tutti i ventilconvettori.
Questa soluzione determina una diversificazione notevole delle portate di acqua da prevedere per i singoli apparecchi e quindi la necessità di effettuare, per ciascun locale una selezione differenziata per ciascuna diversa potenzialità richiesta.
Per poter infine stabilire quale debba essere la temperatura invernale dell'acqua di alimentazione del circuito ventilconvettori é necessario individuare, per ciascuna delle scelte di abbinamento modello ventilconvettore/portata acqua già effettuate, quale deve essere la temperatura minima dell'acqua che garantisce una potenza termica almeno pari a quella richiesta nel locale in cui l'apparecchio é installato.
5. DIMENSIONAMENTO DELLE RETI IDRICHE DI ALIMENTAZIONE DEI CIRCUITI VENTILCONVETTORI E RADIATORI
Il criterio di dimensionamento adottato é quello che si basa sull'assegnazione, per i vari tronchi di rete attraversati da determinate portate di acqua, di diametri delle tubazioni, tali da determinare, per quanto possibile, perdite di carico per unità di lunghezza costanti in tutta la rete di tubazioni.
A tal fine si utilizzano diagrammi del tipo riportato come esempio nelle figure 1 e 2 e adatti per la tubazione in acciaio.
Dai diagrammi é possibile ricavare il diametro della tubazione e la velocità dell'acqua, una volta fissata la portata in circolazione e la perdita di carico specifica.
Naturalmente per altri tipi di tubazioni (rame, plastico, multistrato, ecc...) saranno utilizzati tipi di diagrammi e/o tabelle adeguate al tipo di tubazione utilizzata.
La pratica progettuale e il confronto fra i costi di realizzazione delle reti e costi energetici di pompaggio, ha portato a individuare valori ottimali nel campo compreso tra i 200 e i 400 Pa per metro lineare.
Il progetto della rete idrica inizia con la stesura del tracciato necessario per raggiungere tutti i terminali. Già in questa fase é opportuno, per quanto possibile, cercare di equilibrare i vari tratti di circuito anche, a volte, a costo di un maggior onere in termini di quantità di tubazione da installare, cercando di portare il punto di suddivisione dei vari circuiti il più possibile vicino al baricentro dei carichi.
Il bilanciamento definitivo dell'impianto atto a garantire a ciascun terminale la portata d'acqua prevista, verrà effettuato agendo sugli organi di taratura (valvole a doppio regolaggio e/o detentori) installati su ciascun ventilconvettore.
Per ogni tratto necessita quindi definire:
- portata d'acqua;
- diametro della tubazione;
- perdita di carico per metro lineare;
- velocità dell'acqua;
- lunghezza;
- numero e tipo di perdite di carico concentrate presenti nelle tubazioni, quali curve, bruschi allargamenti o restringimenti, diramazioni o confluenze di flusso;
- numero e tipo di perdite di carico dovuto a organi singolari, quali valvole di intercettazione o regolazione, accessori di impianto, batterie di scambio termico.
Le perdite di carico in un circuito idraulico sono date dalla somma di due fattori: le perdite di carico distribuite e quelle concentrate.
Le perdite di carico distribuite sono proporzionali alla lunghezza reale del circuito (L) ed alla perdita di carico specifica (p/m) secondo la relazione:
L x p/m
mentre le perdite di carico concentrate sono definite dalla relazione:
Z x V²/(2 g): dove:
Z = coefficiente di perdita di carico concentrata V = velocità del fluido
g = accelerazione di gravità (9,81 m/s².)
E' anche possibile valutare la perdita di carico di un circuito in termini di sole perdite distribuite, introducendo il concetto di lunghezza equivalente (Le), cioè la lunghezza virtuale di tubazione rettilinea, di pari diametro, che darebbe luogo alla medesima perdita di carico prodotta localmente da un accessorio della rete attraversato dalla portata d'acqua prevista.
In letteratura sono disponibili tabelle e diagrammi (figg. 3, 4 e 5) che consentono di conoscere i coefficienti di perdita (Z) o la lunghezza equivalente (Le), risultando sempre possibile passare dall'una all'altra grandezza tramite la relazione:
(p/m) x Le = Z x (V²/2g)
Applicando i concetti e la metodologia sopra descritti si ricava, per i singoli rami del circuito il valore della perdita di carico; sommando le perdite di carico dei vari rami che compongono i cir- cuiti di alimentazione dei singoli ventilconvettori, si individua la perdita di carico totale di ciascun circuito inteso come l'insieme di tratti di tubazione che, partendo dalle pompe di circolazione e tornando alla centrale, raggiungono i singoli terminali.
Fra tutti i circuiti quello con la perdita di carico più alta, determina la prevalenza della pompa di circolazione, mentre le singole differenze tra la perdita di carico del circuito più sfavorito e quella degli altri circuiti determina la perdita aggiuntiva di bilanciamento che deve essere imposta ai circuiti più favoriti, per essere certi che il regime di portata d'acqua nell'intero im- pianto sia quello desiderato.
Figura 1
Figura 2
Figura 3
Figura 4
Figura 5
6. CENTRALE TERMICA
Descrizione della centrale termica
Lo schema di centrale termica prevede l'installazione di una caldaia a condensazione funzionante a gas metano collegata, mediante un circuito primario con pompa di circolazione dedicata, ad un separatore idraulico.
A valle dal separatore sarà allacciato il circuito di mandata secondario dei ventilconvettori, alimentati da ulteriore elettropompa.
Questo tipo di circuito, con separatore idraulico, ha la caratteristica principale che consente di mantenere le portate e le pressioni indipendenti tra il circuito primario (caldaia/separatore) e circuito secondario (separatore/circuito ventilconvettori).
In pratica, la pompa primaria provvederà alla circolazione dell'acqua nella caldaia ed all'alimentazione delle portate di acqua calda necessaria a garantire, nelle condizioni di progetto, l'alimentazione dei ventilconvettori.
Vasi di espansione chiusi
E' innanzi tutto necessario definire:
a) i contenuti d'acqua dell'impianto, sia per quanto attiene al funzionamento invernale che estivo;
b) La pressione iniziale Pi assoluta dell'impianto, data dall'altezza idrostatica dello stesso in corrispondenza al punto di installazione del vaso di espansione, maggiorato di almeno 0,30,5 bar per sicurezza.
c) La pressione finale assoluta (Pf) dell'impianto, coincidente con quella cui é tarata la valvola di sicurezza, dipendente dalla pressione massima di funzionamento dei terminali o della caldaia oltre che della pressione idrostatica; di solito questo valore é mantenuto nei limiti di 4-5 bar assoluti.
d) Il coefficiente (E) di espansione dell'acqua nel campo di temperature di funzionamento; a tale fine si può fare riferimento alla tabella 6.
Tab. 6 - Coefficiente (E) di espansione dell'acqua Temperatura massima dell'acqua °C
°C 20 30 40 50 60 70 80 90
E 0,001 0,005 0,009 0,013 0,018 0,023 0,029 0,035
Per il caso in esame si può adottare, per il funzionamento invernale il valore E = 0,035 e per quello estivo il valore E = 0,005.
La capacita' dei vasi di espansione effettivamente installati dovrà essere uguale o superiore a quella calcolata.
Il calcolo del contenuto d'acqua del circuito estivo in questo caso non è necessario, in quanto la pompa di calore ha anche funzione di produzione di acqua fredda e i vasi sono naturalmente calcolati per il funzionamento invernale più gravoso dal punto di vista dell'espansione volumentrica del fluido vettore.
Valvola di sicurezza
Per la scelta della valvola di sicurezza é necessario ricorrere ai cataloghi dei costruttori per selezionare un modello di diametro tale da scaricare, alla pressione relativa di intervento prevista.
7. - SISTEMA DI REGOLAZIONE DELL'IMPIANTO
Il sistema di regolazione dovrà essere in grado di mantenere i parametri di funzionamento degli impianti nel campo di variazione delle tolleranze previste, al variare delle condizioni di carico termico.
Il sistema di regolazione previsto è già predisposto a bordo della caldaia per il controllo della temperatura del fluido primario termovettore.
La regolazione della temperatura ambiente come già detto sarà effettuata mediante termostato agente sull'attacco e stacco del ventilatore dei ventilconvettori.
La regolazione invernale della temperatura di mandata dell'acqua calda ai ventilconvettori, sarà effettuata mediante il regolatore elettronico ad azione proporzionale e dotato di compensazione in funzione della temperatura esterna.
Per evitare agli utenti sensazioni di freddo specialmente nelle fasi di avviamento dell'impianto è buona norma prevedere sulla tubazione generale di alimentazione dell'acqua ai ventilconvettori una sonda limite di minima temperatura, che inibisce il funzionamento dei terminali al di sotto del valore imposto (normalmente 25 °C); tale sonda andrà disattivata nel funzionamento estivo.
8. – IMPIANTO DI ADDUZIONE GAS METANO
L’impianto di adduzione del gas metano sarà realizzato in conformità al D.M. n. 74 del 12 aprile 1996 (approvazione della regola tecnica di prevenzione incendi per la progettazione, la costruzione e l’esercizio degli impianti alimentati da combustibili gassosi) alle norme UNI vigenti e alle norme di Prevenzione Incendi.
L’intervento prevede la realizzazione di una nuova linea di alimentazione gas metano alla caldaia che avrà una potenzialità superiore a 35,00 kW
La nuova linea di alimentazione sarà realizzata:
- Tubazione in vista con tubazione in acciaio UNI 10255 serie media protetta dalla corrosione con due mani di antiruggine e verniciata di colore giallo per permetterne immediatamente l’identificazione.
Tale tubazione sarà utilizzata par la realizzazione di tutti i tratti fuori terra;
- Tubazione interrata realizzata in acciaio UNI EN 10255 serie media protetta dalla corrosione con rivestimento in polietilene
La posa, i materiali e quant’altro seguirà scrupolosamente quanto indicato nel D.M. 12 aprile 1996 al titolo V (impianto interno di adduzione gas metano) e le indicazioni del competente Comando Provinciale dei Vigili del Fuoco.
Saranno utilizzati tutti gli accessori necessari per la corratta posa, in particolare:
- Giunti dielettrici nei tratti di risalita dei tratti interrati per interrompere la continuità elettrica;
NORME E LEGGI DI RIFERIMENTO (indicativo e non esaustivo) DPR 27.4.1955 n. 547 “Norme per la prevenzione degli infortuni sul lavoro”
Legge 9.1.1991, n. 10 “Norme per l’attuazione del piano energetico nazionale in materia di uso razionale dell’energia, di risparmio energetico e di sviluppo delle fonti rinnovabili di energia”.
D.P.R. 26.08.1993 n. 412 “Regolamento recante norme per la progettazione, l’installazione, l’esercizio e la manutenzione degli impianti termici degli edifici ai fini del contenimento dei consumi di energia”.
D.M. 37/2008 “Norme per la sicurezza degli impianti”
DGR 22 dicembre 2008, n. 8/8745 “Determinazioni in merito alle disposizioni per l’efficienza energetica per l’edilizia e per la certificazione energetica degli edifici”
Decreto Ministero dello Sviluppo Economico 22 gennaio 2008, n. 37 – “Regolamento concernente l’attuazione dell'articolo 11-quaterdecies, comma 13, lettera a) della Legge n. 248 del 2 dicembre 2005, recante riordino delle disposizioni in materia di attività di installazione degli impianti all'interno degli edifici”;
Eventuali prescrizioni e indicazioni del locale Comando dei Vigili del Fuoco e delle autorità locali
Prescrizioni o specifiche del committente.
Oltre alle citate norme e leggi da rispettare, tutti gli impianti dovranno inserirsi per costruzione e scelte architettoniche nella conformazione di impianto, ritenuta idonea rispetto l’ambiente di installazione.
